基于Nios II 软核处理器的SD卡接口设计（二）

接上文

Nios II 软核处理器的SD卡接口设计（一）

2.1 SD卡初始化

在对SD 卡进行读/写之前，必须知道卡的类型、卡的容量、卡的大小等信息。具体来说，初始化函数主要完成以下工作：

(1) 微处理器(这里指Nios II)复位SD卡，激活SD卡内部控制电路进行初始化处理，使SD卡进入SPI 模式;

(2) 发送命令查询SD卡是否支持3.3V供电;

(3) 调整SPI时钟频率;

(4) 根据编译选项使能或者禁止通信过程中的CRC校验;

(5) 设置用于读/写操作的块数据长度;

(6) 最后是初始化全局变量sds.

SD卡初始化函数INTSU SD_Initialize(viod)就是用于完成以上任务的，它读取SD卡内部CSD寄存器，然后对全局变量sds进行赋值。

2.2 SD卡读写操作

对SD卡的读写操作需要知道SD 卡的一些基本的属性：插入卡座中SD卡的型号;SD卡中全部块的数量;SD卡的最大数据块的长度;一次可擦除的块数量;卡的读取、写入、擦除操作的超时时间。

SD卡读/写软件包中定义了一个全局变量sds,软件包的很多地方使用了这个全局变量。SD卡的写操作包括写单块和写多块两种方式。SD卡的初始化函数SD_Initialixe()已经调用SD_SetBlockLen()函数设定了读/写数据的长度为SD_BLOCKSIZE 字节，所以卡初始化以后，读写都必须以块为单位。

3 SD卡驱动设计

Nios II软件架构是建立在HAL(Hardware Abstraction Layer)基础之上的。HAL为Nios II的软件开发者提供了操作底层硬件的编程接口。设备驱动驱动程序的编制一般要使用HAL提供的API函数以及C标准库等。HAL提供的功能以及它与底层设备驱动程序之间的关系如图3所示，这种模块化的设计架构可以加速应用程序的开发。使用这种分层的体系架构，HAL层把应用程序和底层硬件驱动程序之间隔离开来，使得应用程序的开发不依赖于底层HAL和硬件的变化，增加了应用程序的可移植性。设计驱动程序最重要的是理解具体SD卡的读写操作的过程，之后是如何和嵌入式操作系统连接起来。在编制好SD卡的驱动程序后，在应用程序中操作SD卡就简单了。所以编制SD卡的驱动在本设计中是重要的一部分。

图3 基于HAL的系统层次结构

结束语

本文基于Nios II实现了对于SD卡的控制，不仅包括硬件设计还包括系统软件设计。传统的系统设计是基于硬核处理器的架构，系统的硬件设计受到了限制。SOPC的设计思想使得片上系统的设计更加灵活，硬件设计的限制因素基本不存在了。在一个FPGA的芯片上几乎可以实现一个整个系统，对于系统的小型化的作用是显着的。本文对基于NiosⅡ的嵌入式系统的设计进行了深入的研究，并在此基础上，设计完成了以Altera公司的Cyclone III系列中的EP3C16 FPGA为核心芯片的SOPC开发平台。另外本文在此平台之上，移植了嵌入式操作系统，并在此环境下实现了SD卡的接口设计，因此包括了整个的硬件和软件设计。在系统设计的过程中，分析了Nios II 的Avalon总线的系统架构、SD 卡的通信协议。